Jak to działa? Nowoczesne materiały, ciekawe zjawiska

Jak to Działa? Nowoczesne materiały, ciekawe zjawiska

Wydział Fizyki Politechniki Warszawskiej. Koszykowa 75,

Warszawa, 19.09.2015, godz 10-16

Impreza pod patronatem Europejskiego Forum Materiałowego (EMF) i Europejskiego Projektu  EagLE, zorganizowana z okazji konferencji

E-MRS Fall Meeting i FEMS-EUROMAT w dniach „Materials Weekend”

Rozwój elektroniki zapoczątkowany odkryciem metody wytwarzania monokryształów przez Jana Czochralskiego doprowadził do sytuacji gdzie np. pamięć, którą prawie każdy z nas posiada w telefonie komórkowym, która zajmowała by na początku swojego rozwoju znaczną część Stadionu Narodowego teraz jest wielkości paznokcia. Pierwszy komputer (ENIAC), ważył 30 ton, a do zasilania wymagana była moc 140 kW a teraz współczesny laptop przez wiele godzin może pracować na kilkunastu-watowym akumulatorze. Dziś to już ciekawa historia, która uświadamia nam jak indywidualne odkrycia naukowe oraz wytrwała praca naukowców przyczynia się do postępu technologicznego, postępu który dotknął praktycznie każdego aspektu naszego życia.

Na Wydziale Fizyki Politechniki Warszawskiej pokażemy Wam postać profesora Jan Czochralskiego, opowiemy o jego osiągnięciach i jego metodzie,  na interaktywnych stanowiskach pokażemy Wam kilka nowoczesnych technologii oraz kilkanaście ciekawych eksperymentów fizycznych:

Wydział Inżynierii Materiałowej Politechnika Warszawska, Pracownicy i doktoranci Wydziału, Koło Naukowe Wakans

• Struktura metali i ich stopów, Prowadzący: mgr inż. Piotr Błyskun,

Cechy użytkowe przedmiotów, którymi się posługujemy, zależą od właściwości materiałów, z których zostały wykonane, a te zależą od ich budowy (struktury), która jest kształtowana w procesie wytwarzania. Uczestnicy spotkań poznają techniki świadomego kształtowania struktury materiałów metalicznych, samodzielnie zajrzą w głąb ich struktury.

• Nowoczesne materiały, Prowadzący: Paweł Sobczak,

• Nowoczesna komora do obróbek jarzeniowych

pozwala na obserwację całego procesu obróbki jak i plazmy (większość ścian komory jest zrobiona ze szkła). Możliwości konstrukcji pozwalają na przeprowadzanie na drobnych elementach osadzania z fazy gazowej (zarówno fizycznego jak i chemicznego). Pomimo aspektu pokazowego jest to przedmiot, w którym można przeprowadzać w małej skali procesy, które znajdują zastosowanie w przemyśle.

• Amortyzator z ferro-fluidem

wykorzystuje zjawisko zagęszczania cieczy znajdującej się w jego wnętrzu poprzez zanurzone w niej cząstki żelaza.

• Piany metaliczne wykonane ze stopu aluminium z krzemem

będą wytwarzane podczas pokazu. Ponadto będzie można przetestować ich unikatowe właściwości mechaniczne.

• "Zgadnij jaki to metal?"

gra, w której zabawa polega na odgadywaniu z jakiego materiału metalicznego została wykonana próbka. 

• Biodrukowanie tkanek i narządów,

W Polsce, jak i na świecie wiele ośrodków badawczych i firm prowadzi zaawansowane badania w kierunku opracowania rozwiązań technologicznych wspomagających regenerację tkanek i narządów. Jednym z wielkich wyzwań inżynierii tkankowej pozostaje ciągle regeneracja ubytków tkanek, w szczególności o rozmiarach „krytycznych” i złożonych kształtach. Medycyna poszukując wciąż nowych rozwiązań godnych XXI wieku, coraz odważniej czerpie pomysły z dorobku techniki. Tym razem okazało się, że technologia druku atramentowego zainspirowała naukowców do niezwykłych zastosowań. Już istnieją

            Prowadzący: mgr inż. Barbara Ostrowska.

Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych,  

• Technologie laserowe w ITME, Demonstrator lasera na ciele stałym

(czyli, od „czerwonego” do „zielonego”, przez „niewidzialne”) Na stoisku zaprezentowane będzie laserowe źródło światła zielonego (532 nm), którego barwa uzyskiwana jest poprzez podwojenie częstotliwości fali emitowanej przez laser Nd:YAG (1064 nm) pompowany diodą laserową (808 nm). Układ przedstawia wykorzystanie dwóch typów laserów: półprzewodnikowy i ciała stałego oraz pokazuje zjawisko nieliniowe jakim jest generacja drugiej harmonicznej.

• Nowoczesne rozwiązania technologii diod laserowych

Na stoisku prezentowane będą technologie związane z montażem diod laserowych, układów chłodzenia oraz sposobów kształtowania wiązki laserowej.

Prowadzący: Grzegorz Sobczak
Twórcami stanowiska są: A. Kozłowska, D. Podniesiński, M. Teodorczyk, E. Dąbrowska, M. Nakielska, G. Sobczak, A. Maląg

• Monokryształy otrzymywane w ITME metodą prof. Jana Czochralskiego

Zakład Technologii Monokryształów Tlenkowych

Polska Akademia Nauk, Instytut Fizyki, Pracownicy Instytutu: dr hab. Grzegorz Grabecki, prof. IF PAN, dr Marta Aleszkiewicz, mgr Piotr Dziawa, dr Marek Fołtyn, dr Paweł Kaczor, mgr Magdalena Majewicz, mgr Paweł Misiuna, mgr Anna Reszka, dr. Dariusz Sztenkiel, dr Remigiusz Worch, mgr Wojciech Zaleszczyk

     W Auli Gmachu Fizyki:

• Niesamowite własności elektryczne różnych materiałów

 Od pocieranych pałeczek szklanej i ebonitowej do nadprzewodników…

• Własności ciał w niskich temperaturach

Seria efektownych doświadczeń z kriogeniki, pokazująca jak różne, znane z życia codziennego przedmioty zachowują się po schłodzeniu w ciekłym azocie

• Pozyskiwanie energii z różnicy temperatur

Pokażemy zjawiska termoelektryczne i Peltiera, jak również detekcję podczerwieni za pomocą termopary. Zaprezentujemy działanie własnoręcznie zbudowanego silnika Stirlinga.

• Pozyskiwanie energii ze światła

Od wiatraczka Maxwella do baterii słonecznych opartych na efekcie fotowoltaicznym

• Magnetyczne własności ciał

Ferromagnetyki, paramagnetyki i diamagnetyki. Pokażemy, że wszystkie substancje reagują na zbliżenie do nich magnesu, choć niektóre bardzo słabo.

• Własności mechaniczne ciał

Szereg doświadczeń z ciśnieniem hydrostatycznym gazów i cieczy, oraz ze sprężystością ciał stałych.

W Audytorium Fizyki:

• Przemiana ciepła na prąd i odwrotnie - K. Dybko, M. Szot, Pokazy, godz 11.00, 15.00

Jak wykorzystać "bezużyteczne" ciepło wytwarzane przez silnik samochodowy, czyli termoelektryczność na co dzień.

• Wykład z pokazami: „Wycieczka w pobliże zera bezwzględnego”, dr hab. Grzegorz Grabecki, godz. 12.00 Pokaz ciekłego helu, nadciekłości i fontanny helowej w temperaturze 1.3 K (-271.8 C).
• Wykład z pokazami: Piękno i prostota optyki,  dr. P. Kaczor, godz. 13.30,

Proste, ale ciekawe eksperymenty z optyki.

Wydział Fizyki Politechniki Warszawskiej, Kolo Naukowe Fizyki, Koło Naukowe Fotoniki, pracownicy i doktoranci Wydziału

• „Jan Czochralski -wielki wynalazca”

Jan Czochralski (ur. 23 października 1885 w Kcyni, zm. 22 kwietnia 1953 w Poznaniu) – polski chemik, metaloznawca, wynalazca powszechnie stosowanej do dzisiaj metody otrzymywania monokryształów krzemu, nazwanej później metodą Czochralskiego. To także jeden z najczęściej wymienianych polskich uczonych we współczesnym świecie techniki. Ta część pokazów poświęcona Profesorowi Czochralskiemu pozwoli na powrót do czasów w których żył, a tym samym na poznanie zjawiska, które zainspirowało go do prac nad monokryształami. Prowadzący: Kamil Sulich

• Zobacz jak wytwarza się monokryształy

Wyciąganie kryształów galu metodą Czochralskiego polega na zanurzeniu w podgrzanym do temperatury 40 °C galu, chłodzonego ciekłym azotem lub suchym lodem miedzianego pręta. Rozgrzane atomy galu zaczynają oblepiać zimny pręt i formować strukturę monokrystaliczną. Za pomocą specjalnie zaprojektowanej prowadnicy sterowanej z poziomu komputera, możemy precyzyjnie wyciągać formujący się monokryształ, obracając go jednocześnie celem uzyskania żądanego kształtu. Prowadzący: Kacper Kaczyński,  Wojtek Pochwatka

• Kryształy, nanoziarna, szkła

Czym tak naprawdę jest kryształ? Dla nie-fizyka może to być piękny kamień szlachetny w naszyjniku bądź ciosany ze szkła wazon stojący w pokoju na telewizorze, pamiętający czasy młodości rodziców. Jeśli teraz nie-fizyk odwiedzi nasz festiwal, będzie miał okazję dowiedzieć się, jak sromotnie się pomylił... Atomy, które wchodzą w skład wszystkich substancji, mogą przyjmować różne wzajemne położenia – od uporządkowanych do chaotycznych. Przykładem pierwszego jest kryształ, a drugiego – właśnie szkło. Nazywając zatem szklany wazon kryształowym popełniamy poważny, fizyczny błąd. Jaka jest struktura atomowa kryształów i szkieł dowiecie się odwiedzając to stanowisko. 

• Co to jest grafen?

Coraz częściej mówi się, że grafen to następca krzemu. Czy w związku z tym Dolina Krzemowa powinna się obawiać konkurencji? Oczywiście, że TAK! Na naszym stanowisku opowiemy Ci jak powstaje grafen i jakie ma właściwości, zaprezentujemy  grafenowe folie przewodzące. Tylko u nas będzie można własnoręcznie zrobić warstwę grafenową metodą laureatów nagrody Nobla! .

Prowadzący: WFPW Mariusz Zdrojek,  Ania Wróblewska lub Klaudia Żerańska.

ITME Jan Sobieski,  dr  Włodzimierz Strupiński.

• Nanomateriały katodowe

Jednym z wyzwań współczesnej nauki jest poszukiwanie nowych materiałów, które sprawią, że pozyskiwanie energii będzie jeszcze bardziej wydajne – znajdą one zastosowanie na przykład w ogniwach słonecznych, gdzie sprawią, że większa ilość słonecznej energii będzie mogła zostać zamieniona na prąd elektryczny. Nowoczesne materiały są nam niezbędne jednak nie tylko do pozyskiwania energii – równie ważne jest jej magazynowanie. Tu przychodzą nam z pomocą ogniwa litowo-jonowe. To rodzaj baterii, która potrafi zgromadzić dużo energii oraz charakteryzuje się łatwością jej oddawania. Dzięki tym cechom baterie Li-ion znajdują zastosowanie w laptopach, smartfonach i samochodach elektrycznych, słowem wszędzie tam, gdzie niezbędna jest duża ilość energii elektrycznej i szybkość jej dostarczania. Aby baterie Li-ion mogły być jeszcze lepsze, cały czas poszukujemy nowych materiałów i ulepszamy istniejące. Jednym z kamieni milowych technologii było opracowanie metod otrzymywania nanomateriałów (nanometr = 0,000000001 m). Tak jak skałę można rozdrobnić do postaci piasku, tak i lite materiały można rozdrobnić do nanometrycznych ziarenek. Okazuje się, że te maleńkie ziarna potrafią jeszcze lepiej magazynować energię i jeszcze szybciej ją oddawać. Na tym stanowisku opowiemy dokładnie, jak działa bateria Li-ion i jakie dokładnie zalety mają nanomateriały.  Prowadzący: mgr inż. Przemek Michalski

• Fotoluminescencja szkieł

Szkła fotoniczne są ciekawą grupą materiałów, które mogą posłużyć między innymi do budowy laserów. Szkło takie składa się z matrycy (związku, który stosunkowo łatwo otrzymać w postaci szklistej) oraz substancji aktywnej, która po wzbudzeniu (np. przez oświetlenie światłem ultrafioletowym) emituje światło o innej długości fali (w innym kolorze). W naszym przypadku substancją aktywną jest niewielka (ok. 1%) domieszka metali ziem rzadkich rozpuszczona w szklistej matrycy. Metale ziem rzadkich swoją nazwę biorą od częstości ich występowania w skorupie ziemskiej – wykorzystywane przez nas europ i samar to pojedyncze atomy na milion atomów krzemu! Ciekawe właściwości optyczne metali ziem rzadkich wynikają z ich konfiguracji elektronowej (czyli sposobu, w jaki elektrony poruszają się wokół atomu). Na stanowisku będziecie mieli możliwość sprawdzenia szkieł fotonicznych „w akcji”, podczas świecenia.

 Prowadzący: dr inż. Piotr Lesiak

• Kropki kwantowe 

Kropki kwantowe to przykład nanomateriału – zwane są też „sztucznymi atomami”. Skąd to określenie? Kropki kwantowe mają z atomami wiele wspólnego. Ze względu na swój niewielki rozmiar (zwykle składają się z kilkuset do kilku tysięcy atomów), podobnie jak atomy posiadają zdolności do świecenia, jeśli zostaną odpowiednio pobudzone. Kolor świecenia danego atomu zależy od jego wielkości – i tak samo jest w przypadku kropek kwantowych. Najmniejsze z nich mogą świecić w niewidocznym dla oka ultrafiolecie, by dla coraz większych przechodzić od koloru fioletowego, przez niebieski i zielony, aż do żółtego i czerwonego, na niewidocznej ponownie dla oka podczerwieni kończąc. Można o tym pisać, ale jeszcze lepiej jest to zobaczyć – zapraszamy zatem do tego stanowiska!

Prowadzący: mgr inż. Darek Aksamit

• Baterie z ziemniaka (cytrusów)

Ekologiczna energia to obecnie bardzo modny i ważny temat – w obliczu wyczerpujących się paliw kopalnych, takich jak węgiel czy ropa naftowa musimy szukać innych źródeł energii – na przykład słońca, wody i wiatru. Ale czy to jedyne możliwości? A może źródła prądu rosną... w naszych ogródkach? Przekonacie się o tym sami, budując na tym stanowisku baterie wykorzystujące materiały, które można znaleźć w każdym warzywniaku! Zmierzymy ich napięcie pracy oraz płynący prąd i wspólnie zastanowimy się nad jakością naszych urządzeń. Spróbujemy także poprawić ich parametry, łącząc ze sobą kilka takich samych ogniw na różne sposoby.

Prowadzący: mgr inż. Tomek Pietrzak

• Energia z wody?

Ogniwa paliwowe są kolejnym rozwiązaniem pozwalającym na produkcję „czystej” energii elektrycznej. Wykorzystuje się w nich nieszkodliwe dla środowiska związki, takie jak wodór czy alkohole, które następnie reagują z tlenem (można więc nazwać to spalaniem). Tak jak spalanie węgla w elektrowni prowadzi do powstania prądu elektrycznego, tak i tu, spalając w tlenie wodór lub inne związki otrzymuje się duże ilości energii chemicznej, którą można zamienić na energię elektryczną. W przeciwieństwie jednak do elektrowni węglowej, tutaj ten proces jest bardzo dobrze kontrolowany i pozwala zamieniać energię chemiczną na elektryczną praktycznie bez strat. Na stanowisku dotyczącym ogniwa paliwowego będziecie mieli okazję prześledzić cały proces prowadzący do wytworzenia użytecznej energii elektrycznej – od otrzymania paliwa, przez jego spalenie aż do zasilenia urządzeń.

Prowadzący: dr inż. Michał Marzantowicz

Więcej informacji uzyskacie na stronie http://jtd.edu.pl